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三维激光扫描仪伺服系统研制

作　者: 刘勃妮
导　师: 陈晓宁
学　校: 西安科技大学
专　业: 大地测量与测量工程
关键词: 激光扫描仪伺服系统步进电机驱动
分类号: P204
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

三维激光扫描系统以其独特的技术、优良的品质、成功的工程应用，被称为“测量行业的最新里程碑”。它的一系列新产品将测量系统的工作领域从点测量扩展到面测量，实现了实时获取空间立体数据的革命性飞跃，再一次开创了测量领域领导性的技术潮流。三维激光扫描仪是通过快速逐点测距、测角获取测量物体上各点三维坐标的一种仪器，其关键部件是测角、测距及扫描控制系统。本文主要完成了适用于中等场景的快速、高精度三维激光扫描仪伺服系统的设计与实现。主要以激光扫描仪伺服系统为研究对象，在控制硬件系统、控制软件系统、实验数据采集及分析等方面，以可实现的角度测量精度为研究目标，通过实验验证了技术过程的相关理论和方法。在控制硬件系统方面主要研究了伺服系统的整体控制方案。通过对控制电机特点及其驱动的研究，选择了步进电机及其驱动。在角度测量系统中，采用了输出为2500脉冲/转的角度编码器，经四细分电路后角度分辨率为12秒。最后分析了影响位置精度的因素，提出了改进的方法。在控制软件系统方面，分析比较了基于Windows操作系统的计时函数，并对云台的姿态、角度检测、在电机驱动下激光器扫描运动部件的位置、数据采集等进行了软件控制。最后将各部分控制程序合成为伺服系统控制软件。在实验方面，主要是对不同的距离的测角装置进行了可行性检验，通过实验可知当垂直距离为5m时系统的测角精度为21.5秒，已达到系统设计的技术指标。

全文目录

1 绪论  8-18
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 国外研究现状  10-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 激光扫描仪的分类  14
  1.4 三维激光扫描仪的应用  14-17
  1.5 本文主要内容  17-18
2 三维激光扫描系统的基本原理  18-26
  2.1 三维激光扫描仪的系统参数  18
  2.2 目前国际市场上几种三维激光扫描仪技术指标比较  18-19
  2.3 激光扫描的方式  19-20
  2.4 激光扫描仪的测量原理  20-21
  2.5 激光测距原理  21-23
    2.5.1 激光脉冲测距  22-23
    2.5.2 脉冲法测距流程  23
  2.6 测角原理  23-25
  2.7 计数原理  25
  2.8 小结  25-26
3 三维激光扫描仪伺服控制系统的设计方案  26-35
  3.1 三维激光扫描系统结构  26-27
  3.2 三维激光扫描系统工作流程介绍  27-28
  3.3 三维激光扫描仪伺服控制系统的硬件设计  28-29
    3.3.1 伺服控制硬件系统的设计  28-29
    3.3.2 角度分辨率的实现  29
  3.4 伺服系统的控制电机  29-31
    3.4.1 步进电机的特性  29-31
    3.4.2 步进电机的驱动方式  31
  3.5 细分电路的实现  31-33
  3.6 伺服系统的传动系统  33
  3.7 关于位置精度的几点讨论  33-34
  3.8 小结  34-35
4 三维激光扫描仪伺服控制系统实现  35-44
  4.1 扫描控制软件的工作流程  35-37
    4.1.1 位置初始化及扫描流程  35-36
    4.1.2 电机位置控制程序框图  36-37
    4.1.3 数据采集的流程  37
  4.2 激光扫描仪伺服系统的软件控制  37-38
  4.3 计算机接口程序的设计  38-40
    4.3.1 并口程序设计  38
    4.3.2 串口程序设计  38-40
  4.4 扫描系统的云台控制软件  40-42
  4.5 扫描控制程序中的软件定时设计  42-43
  4.6 小结  43-44
5 实验与分析  44-51
  5.1 实验整体部署  44-46
  5.2 实验步骤及结论  46-50
    5.2.1 实验步骤  46-49
    5.2.2 实验分析  49-50
  5.3 小结  50-51
6 结论  51-53
  6.1 总结  51
  6.2 展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
附录  57

三维激光扫描仪伺服系统研制

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